DE8700578U1

DE8700578U1 - Solarzellenvorrichtung

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Publication number: DE8700578U1
Application number: DE8700578U
Authority: DE
Original assignee: HOEGL HELMUT DR 8023 PULLACH DE; KERN RALF 8137 BERG DE
Current assignee: HOEGL HELMUT DR 8023 PULLACH DE; KERN RALF 8137 BERG DE
Priority date: 1987-01-13
Filing date: 1987-01-13
Publication date: 1988-11-10
Also published as: EP0275006A2; EP0275006A3; DE3700792C2; DE3700792A1; JP2683772B2; DE3745132C2; JPS63232467A; US4913744A

Description

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PATENTANWÄLTE '..*...* * .&iacgr;.'..' ' '..*·..· EUROPEANPATENTATTORNEYS RECHTSANWÄLTE

RALF M. KERN SIEGFRIED G. LANG & PARTNER —

Solarzel lenvorrich-tung Beschreibung

Die Neuerung betrifft eine Solarzellenvorrichtung mit mehreren Solarzellen—Elementen, welche eine photo— voltaische Schicht rings um eine langgestreckte Elektrode herum aufweisen.

Bei bekannten photovoltaischen Zellen (nachstehend kurz Solarzellen genannt) schattet diejenige Elektrode, welche auf der dem Sonnenlicht zugewandten photo— elektrisch wirksamen Schicht angebracht ist, den freien Lichteinfall erheblich ab. In einer transparenten, elektrisch leitenden, auf der Lichteinfallseite angeordneten Deckschicht als Elektrode oder als Teil davon wird ein großer Lichtanteil vor dem Auftreffen auf die photoelektrisch wirksamen Schichten absorbiert.

Bei der Ableitung der photovoltaisch erzeugten elektrischen Ladungen vom konkreten Entstehungsort zur metallischen Elektrode enstehen durch die seitlich quer durch die Halbleitei—schicht*)!* hindurch verlaufenden Ladungspfade sowohl erhebliche Spanijungs - bzw. Stromwarmeverluste, als auch große Rekombinationoverluste. -

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Aufgabe der Neuerung 1st es, diese - und weitere Fachteile bekannter Solarzellen zu vermeiden bzw. zu vermindern und zudem eine vereinfachte und wirtschaftlichere sowie mit höherer Wirksamkeit arbeitende Energiegewinnung mittels Solarzellen zu ermöglichen.

Demgemäß besteht die Neuerung vornehmlich in einer Solarzellenanordnung der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, daß jedes faden- bzw. drahtförmig ausgebildete Solarzellen-Element als ganzes für sich eine einzelne, gesonderte Si^nnungszelle mit einer Gegenelektrode bildet.

Diese neuerungsgemäßen Solarzellen sind nachstehend generell als "faden- bzw. drahtförmige Solarzellen" bezeichnet. Sie besitzen in ihrer Mitte eine elektrisch leitende, faden- bzw drahtförmigen Elektrode, insbesondere z.B. aus dünnem Metalldraht oder metallisierten Gewebefäden, welche mit photovoltaisch wirksamem Halbleitermaterial beschichtet ist, wobei das gegenpolige Abgreifen der unter Lichteinfluß im Halbleitermaterial entstandenen elektrischen Ladungsträger an dessen radial äußerer Mantelfläche derart erfolgt, daß sich je Solarzellen-Element nur zwei gegenpolige Anschlüsse ergeben, nämlich einer an der Elektrode in der Mitte der Solarzelle - nachstehend Mittelelektrode genannt - und einer an der Außenseite der faden- bzw. drahtförmigen Solarzelle - und daß nicht etwa eine über die Längserstreckung der Zelle voigesehene Unterteilung dieser

Zelle in eine Vielzahl von Zellabschnitten vorgesehen 1st.

Der Begriff "faden- bzw. drahtförmig" schließt jede Querschnittsform der Mittelelektrode und der HaIbieiterbeschichtung bzw. der äußeren Form der faden- bzw, drahtförmigen Solarzelle ein. Er umfasst beipielswsise auch sowohl eine einfädige oder mehrfädige Mittelektrode als auch eine flexible bzw. biegsame oder steife bzw. halbsteife Ausbildung der faden- bzw. drahtförmigen Solarzelle.

Mit den neuerungsgemaßen fadenförmigen Solarzellen der neuerungsgemäßen Art wird im Vergleich zu plattenförmigen Solarzellen auf der dem Lichteinfall ausgesetzten Fläche eine um den Faktor &pgr; (Pi) (Faktor (3,14)) größere photowirksame Grenzschicht -bzw. Sperrschichtfläche, d.h. eine entsprechend höhere Stromleistung erreicht, bei zugleich kürzesten Strompfaden innerhalb der Zelle, nämlich linear radial einwärts bzw. auswärts zwischen Mittelelektrode und äußerer Zellenbegrenzung. Durch die Mittelelektrode wird mindesten 507. der derart neuerungsgemäB vergrößerten Solarzellen-Grenzschichtfläche unbeschattet dem Lichteinfall ausgesetzt - zudem vorzugsweise auch in zylindrischer Form, d.h. von sich aus senkrecht zum Lichteinfal]. Durch die die Mittelelektrode umhüllende Anordnung des photoaktiven Halbleitermaterials gewährleistet auch die übrige hinter der Mittelelektrode liegende - Umfangsflache der Grenzschicht der neuerungsgemäßen Solarzelle bevorzugt

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unter Lichtbrechung die photovoltaische Ausnutzung des •ingefallenen Lichts. Aus ähnlichem Grunde kann die Oberfläche der fa-'en- bzw. drahtförmigen Kittelelktrode fcuch metallisch verspiegelt sein.

Die neuerungsgemäßen faden- bzw. drahtförmigen Solai— teilen sind einerseits kontinuierlich mit Höchstgeechwlndlkeit herstellbar, sowie zu den verschiedensten Parallel-Lagen und Geweben bzw. Vliesen und anderen Anordnungen kombinierbar und andererseits auch für die Verwendung nicht nur anorganischer, sondern vor allem auch organischer photovoltaisch wirksamer Stoffs bzw. Materialien anstelle der bisher allein verwendeten anorganischen Halbleitermaterialien einsetzbar. Gerade die Faden- bzw. Drahtform ist eine besonders vorteilj hafte formmäßige Anpassung des Solarzellenaufbaus an

derartige organische Materialien, welche nicht nur billiger in der Herstellung sind, sondern auch nahezu beliebig verformbar sowie in geringsten Schichtdicken herstellbar. Damit ist es mit den neuerungsgemäßen faden- bzw. drahtförmigen Solarzellen auch möglich, diese z.B. in Form von Beschichtungen mit z.B. einem Gewebe daraus zum Bestandteil von Konstruktionselementen zu machen. Dazu würde die Auskleidung - oder auch die Verwendung als tragende Elemente - von sogar auch rund geformten Vandelementen von Vindenergie-Rotoren, beispielsweise von Savonius-Vindgeneratoren, zu rechnen sein.

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Da die photovoltaisch wirksame Beschichtung mit organischen Katerialien noch dünner oder auf einfache Weise auch dicker als bei polykristallinen oder amorphen and ganischen Materialien seih kann, ergibt sich auch die Möglichkeit der Erhöhung des Absorbtionskoef f izienten. Mit derartig dünnen, d. h. nur wenige &mgr;&idiagr;&eegr; dicken Beschichtungen einer Mittelelektrode kann der Querschnitt der fadenförmigen Solarzelle vorwiegend von der Mittelelektrode eingenommen werden. Mit den herkömmlichen Techniken mit der auf der Lichteinfallseite angebrachten Elektrode sind derartig dünne Schichten kuntaktmaßig nicht beherrschbar. Auch gewährleisten organische photovoltaiscn wirksame Solarzellenschichten eine festere und dichtere Haftung an den Elektrodenoberflächen.

Als Material für die Mittelelektrode eignen sich z.B. elektrisch hochleitende Carbonfasern oder Metallfaden bzw. -drähte (z.B. aus Ag, Cu, Al, Fe, V, Ni, Zn etc.) oder deren und andere elektrisch leitende Legierungen. Eine Mittelelektrode kann auch aus mit Metallen oder Zinndioxid überzogenen Glasfasern oder z.B. auch aus nach bekannten Verfahren hergestellten metallisierten Textilfasern bestehen. Dabei können die Metallschichtdicken zwischen 0,5 bis 25 &mgr;&igr;&agr; liegen und darüberhinaus noch elektrochemisch verstärkt sein.

Als ANORGANISCHES Halbleitermaterial kommen die dafür bekannten Materialien wie Selen, Silizium, Kupferoxid Kupfersulfid (Cu₃S) und Cadmiumsulfid (CdS) etc.

insbesondere in der bekannten p- und n-dotierten flächigen Doppelschichtform in Frage.

Als neuerungsgemäß verwendete ORGANISCHE photovoltaisch wirksame Stoffe bzw. Halbleitermaterialien sind einerseits niedermolekulare photoaktive DONOR-Verbindungen einsetzbar.

Es hat sich herausgestellt, daS fast jede organische aromatische bzw. heterocyclische Substanz ohne ader mit elektronenabgebenden Substituenten für eine neuerungsgemäße Verwendung geeignet ist, ausgenommen evtl. hygroskopische Substanzen. ElektronenabgeDende Molekülgruppen sind bekanntlich Alkyl-, Alkoxy-, Aminogruppen usw. Als aromatische Donoi—Substanzen kommen beispielsweise Anthracen, Chrysen, Pyren und Triphenylamin in Frage, als geeignete heterocyclische Donor-Substanzen z.B. Carbazol und 2-Bis- <4' -diäthylaminophenyD-1, 3, 4-oxidiazol.

Neuerungsgemäß müssen diese Verbindungen mit Hilfe inerter Bindemittel auf die Mittelelektrode bzw. auf die innere photoaktive Schicht aufgetragen werden.

Hochmolekulare bzw. -polymere DONOR-Su bstanze &eegr;

haben den für die erfindungsgemäße Verwendung den besonderen Vorteil, daß sie auch ohne zusätzliche Binderharze aufgetragen werden können. Typische Vertreter dieser Klasse sind die Polyvinyl-Aromaten und

-Heterocyclen sowie Polymerisate und Mischpolymerisate von aromatischen Substanzen, die an einem ankondensierten Ring eine Doppelbindung tragen, z.B. Poly-2-vinylnaphithalin, Poly-3-vlnyl-pyren, FoIy-JT-vinylcarbazol, Poly-acenaphthylen.

HeuerungsgemäB verwendete ORGANISCHE niedermolekulare photoaktive AKZEPTOR-Verbindungen sind vorzugsweise Substanzen, die stark elektronegativ polarisierende Reste b2:w. Gruppierungen tragen, wie die Cyan- und die ITitiogruppe; Halogene wie Fluor, Chlor, Brom, Jod; Ketongruppen, Estergruppe, Säureanhydrid-Gruppe; Säuregruppen wie Carboxylgruppe oder die Chinongruppierung. Die aromatischen und heteroaromatischen Akzeptor—Substanzen sind selbst photaaktiv, insbesondere, wenn sie mit geeigneten Donoren Cwie vorstehend angegeben) dotiert werden. Sind die Akzeptor-Substanzen niedermolekular aufgebaut, d.h. also nicht harzartig, so erfordern sie zu ihrer Aufbringung als photoaktive Schichten des Zusatzes von geeigneten, inerten Binderharzen.

Typische Beispiele von Elektron-Akzeptoren sind 1,5-Dinitronaphtalin, 2,4,7-Trinitrofluorenon, 4,7-trinitrofluorenon, Tetrachlor-phthalsäureanhydrid, 1.2-Benzo-anthrachinon, 9-Acetyl-anthracen und s-Tricyanobenzol.

Hochpolymere AKZEPTOR-Substanzen, die stark elektronegativ polarisierende Reste enthalten, sind

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weniger häufig. Schwache Akzeptor-Polymere sind z.B. die aromatischen Polyester (wie das Polyäthylenglykolterephthalat) und die Polycarbonate.

Heuerungsgemäß ist insbesondere auch vorgesehen, anorganische Halbleitermaterialien und photaaktive organische Substanzen z.B. derart miteinander zu kombinieren, daß eine anorganische DONOR-Schicht mit einer organischen AKZEPTOR-Schicht Choch- oder niedermolekular) eine Sperrschicht-Anordnung bildet bzw. umgekehrt eine DOITOR-Schicht aus organischem Material mit einer AKZEPTOR-Schicht aus anorganischem Material. Auch die Einfügung von Zwischenschichten aus intrinsisch wirksamen, undotierten <i-) Schichten kann aus organischem und/oder anorganischem Material kombiniert erfolgen.

Die photovoltaische Wirkung der vorgenannten Halbleitermaterialien insbesondere jedoch der neuerungsgemäß vei— wendeten organisch photovoltaisch wirksamen Materialien kann neuerungsgemäß durch Einsatz von FarbsensibiIisatoren verbessert werden.

Farbsensibilisatoren, die zur Verschiebung der Empfindlichkeit vom ultravioletten Bereich ins sichtbare Licht geeignet sind, weisen im allgemeinen selbst photoelektrische Eigenschaften auf, d.h. sie sind photoleitend und besitzen photovoltaische Eigenschaften. Ihre Dunkelleitfähigkeit ist jedoch generell höher als die

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der farblosen bzw. schwachgefärbten photoelektrischen Substanzen.

Die Farbsensibilisatoren haben schon in sehr geringen Färbstoffmengen, beispielsweise von wenger als O₁Ol Gewichtsprozent, sensibilisierende Effekte. Im allgemeinen setzt man den photoaktiven Schichten erfindungsgemäS jedoch 0,01 bis 5 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,05 bis 3 Gewichtsprozent, Farbsensibilisator zu.

A.ls gut, teilweise sehr gut brauchbare Farbsensibilisatoren eignen sich z.B. :

Triarylmethanfarbstoffe, wie Brillantgrün, Methylviolett;

Xanthenfarbstoffe, wie Rhodamin B, Rhodamin 6G; Phthaleine, wie Eosin A, Rose bengale und Fluorescein; Thiazinfarbstoffe wie Methylenblau; Acridinfarbstoffe, wie Acridingelb, Acridinorange und Trypaflavin;

Chinolifarbstoffe, wie Pinacyanol und Kryptocyanin; Cyaninfarbstoffe, wie Cyanin, usw.

Seuerungsgemäß ist auch die Verwendung von Aktivatoren zur Sensibilisierung der photoaktiven Substanzen vorgesehen, welche sich besonders in Kombination mit organischen photoaktiven Substanzen einsetzen lassen.

Aktivatoren weisen selbst keine photoelektrischen Eigenschaften auf, vermögen Jedoch die Lichtsmpfindlichkeit photoaktiver Substanzen oft ganz beträchtlich zu

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steigern. Sehr viele photoaktive Substanzen absorbieren das Licht bevorzugt im ultravioletten Bereich (wie z.B. Polyvinyl-carbazol und Polystryol). Man kann ihre Empfindlichkeit dadurch steigern, daß man aktivierende Substanzen zufügt, die mit ihnen sog. Gharge-transfer-Koraplexe zu bilden vermögen. Sie kommen erfindungsgemäß in Molekülkomplexen des Donor-Akzepiür-Typs vChargctransfei—Komplexe) entweder als Elektron-Donoren ("Lewis-Säuren", wie z.B. Chlorwasserstoff HCl, organische Carbon- und Sulfonsäuren, Metallhalogenide) oder als Elektron-Akzeptoren ("Lewis-Basen", wie z.B. Natriumhydroxid NaOH, Ammoniumverbindungen) in Frage.

Die Aktivatormenge, die man den photovoltaischen Stoffen zweckmäßig zusetzt, schwankt je nach dem Trägersubstrat und beträgt im allgemeinen etwa 0,01 bis 100 Mol, bezogen auf 1000 Mol der photoaktiven Substanz. Es können auch Geraische mehrerer Aktivatoren verwendet werden. Ferner können zusätzlich auch noch Sensibilisator—Farbstoffe zugesetzt werden.

Man kann neuerungsgemäß durch Zugabe dieser aktivierenden Substanzen photaleitfähige Schichten herstellen, die eine hohe Lichtempfindlichkeit, besonders im ultravioletten Bereich, besitzen und die praktisch farblos sind. Es besteht somit die Möglichkeit, mit ihrer Hilfe die photoaktiven Schichten im ultravioletten Bereich stark zu aktivieren und dann durch einen sehr geringen Zusatz von Farbsensibilisator auch eine hohe Empfindlichkeit im sichtbaren Licht zu

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erhalten, ohne daß soviel Farbsensibilisator zugegeben werden muß, daß die Schicht stark gefärbt ist.

Der neuerungsgemäße Einsatz organischer photovoltaischer Verbindungen ergibt eine sehr große Fülle von Kombinationsmöglichkeiten auch mit Aktivatoren üTid/cdcr Farbsensibilisatoren- Titss ist von großem Vorteil für die optimale Nutzung der verfügbaren Lichtstrahlen. Die organischen Substanzen können sowohl als Einzelschichten mit anorganischen photoaktiven Schichten eingesetzt werden. Es ergeben sich so die nachfolgenden Kombinationen (PVCa = Foly-N-vinylcarbazol, TNF = 2,4,7-Trinitrofluorenon mit einem geeigneten Kunststoff-Bindemittel, Chlorwasserstoffsäure und Natriumhydrocid = typische Lewis-Säure bzw. Lewis-Base, Rhodamin B und Methylenblau = willkürlich gewählter Farbensensibilisator)

Photoaktive Einzelschichten

Hr.	Photoaktives	Dotierungs	Aktivierungs	Farbsensi biIi-
	Substrat	mittel	mittel	sator
1	PVCa-Donor	_		_
2	PVCa-Donor	TIfF-Akzeptor	-	—
3	PVCa-Donor	-	HCl-Säure	-
4	PVCa-Donor	-	-	Rhodamin B
5	PVCa-Donor	TiF-Akzeptor	HCl-Säure	-
6	PVCa-Donor	TFF-Akzeptor	HCl-Säure	Rhodamin B
7	PVCa-Donor	-	HCl-Säure	Rhodamin B
8	PVCa-Donor	TBF-Akzeptor	—	Rhodamin B
9	THF-Akzeptor	-	-	-
10	TIF-Akzeptor	PVCa-Donor	—
11	TIF-Akzeptor	-	laOH-Base	—
12	TBF-Äkzeptor	-	-	Methylenblau

13 niF-Akzeptor

14 T»F-Aizeptor

15 TBF-Akzeptor

16 THF-Akzeptor

PVCa-Donor PVCa-Donor

PVCa-Donor

HaOH-Base JaOH-Base
ITaOH- Base

Methylenblau Methylenblau Methylenblau

Die oben erwähnten Donor-Schichten können neuerungs gemäß mit den erwähnten Akzeptor-Schichten zu Doppel- __*...-&kgr; + — ™< +«ai &eegr;^&pgr;&Lgr;&ogr;&Uacgr;- kombiniert werden, die ihrerseits höhere Lichtempfindlichkeiten aufweisen als die Einzelschichten. Außerdem können organische Donor-Schichten mit anorganischen Akzeptor-Schichten kombiniert werden, wie z.B. Selenschichten mit PVCa-Schichten. Umgekehrt können anorganische Akzeptor-Schichten mit organischen Donar-Schichten zu Doppelschichten kombiniert werden.

Um bei den organischen Substanzen einen Volumen-Effekt wie bei den bekannten Sperrschichtphotozellen aus anorganischen Stoffen (z.B. aus Silizium) zu erzielen, muß man einen mindestens einige Hundertstel bis etwa zehn Mikrometer von der Oberfläche entfernten pnübergang schaffen. Der Leitungstyp der Schicht wird deshalb innerhalb eines Volumenbereichs nahe der Oberfläche in den entgegengesetzten Leitungstyp umgewandelt. Auf diese Weise ist es möglich, bei der Umwandlung von optischer in elektrische Energie sehr günstige Ausbeuten zu erreichen.

Dies wird neuerungsgemäß beispielsweise durch die folgenden Kombinationsanordnungen erreicht.

Photoaltive Doppelschicht-Padenzellen

	Mittel	Photoaktive Schichten	außen	Äußere Gegen	Transpa
	elektrode			elektrode der	rente
		innen	TNF-	Fadenzelle	Schutz
			Akzeptor-		hülle
1	Cu-Draht	PVCa-	schicht	wendelförmig	PoIy-
		Donorschicht	+ Zusätze	aufgebrachter	methyl-
		+ Zusätze	FVCa-	Leitlack	methacry-
		wie oben	Donor-		lat
2	Aluminium	Selen-	schicht	aufgedampfter	PoIy-
	draht, mit	Akzeptor	+ Zusätze	Zinndioxid-	butyl
	Cadmium	(aufgedampft)		Lei t kontakt	methacry-
	überzogen				lat durch
			TNF-		Glimment
			Akzeptor-		ladung
Z	Aluminium	Amorphes	schicht	Leitlack	PoIy-
	draht	Silizium	+ Zusätze		methyl-
		aufgedampft			methacry-
		p-leltend			lat
		durch Bor-
		Dotierung

Die neuerungsgemaße Solarze11en-Anordnung, insbesondere die neuerungsgemaße Schaltungs-Zuordnung von parallel nebeneinander angeordneten Mittelelektroden bzw. faden- oder drahtförmigen Solarzellen erlaubt zudem eine erweiterte Kombinationsmögltchkeit von p-i-n-Schichtanordnungen, d.h. also die Einfügung einer bekannten, vorzugsweise völlig undotiert wirkenden intrinsischen (i-> Schicht jeweils im übergang von der p- -ZX.T &eegr;-Schicht bzw. von der n- zur p-Schlcht oder in Form von Tandem- (also 2-fach Serienschaltungs-) Anordnungen, d.h. also als (Elektrode- p-n-i-p-n-

Elektrode) - Schichtanordnung z.B. zwischen jeweils zwei nebeneinander liegenden Mittelelektroden, welche auf diese Weise zu Gegenelektroden voneinander werden. In dieser Schichtanordnung kann auch jeweils zwischen der p- und der &eegr;-Schicht d. h. als verstärkte Sperrschicht noch eine weitere intrinsische <i—) Schicht vorgesehen sein.

Diese Solarzellen-Ausführung wird neuerungsgemäß durch eine Elektroden-Anordnung erreicht, bei der parallel nebeneinander oder auch übereinander und im Winkel zueinander liegende faden- bzw. drahtförmige Mittelelektroden über ihre umhüllenden photoaktiven Schichten elektrisch miteinander verbunden sind.

Alternativ dazu kann die neuerungsgemäße Solarzellenanordnung auch darin bestehen, daß den parallel nebeneinander liegenden faden- bzw. drahtförmigen Mittelelektroden eine auf der dem Lichteinfall abgewandten Seite angeordnete flächige Gegenelektrode gemeinsam zugeordnet ist, welche über mindestens den größten Teil der Längserstreckung der Solarzellen mit der Außenseite ihrer Halbleitermaterial-Umhüllung elektrisch leitend verbunden ist. Dies gilt auch dann neuerungsgemäß, wenn die flächige Gegenelektrode längs in Streifen bzw. Bänder unterteilt ist.

Wenn die faden- bzw. drahtförmigen Solarzellen-Elemente neuerungsgemäß in gewebter bzw. geflochtener Anordnung miteinander verbunden sind, dann 'önnen die Schuß- und

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die Kettfäden im Querschnitt auch in jeweils entgegengesetzter p-n-Schichtanordnung Coder p-i-n-Schichtanordnung) aufgebaut sein, sodaB sich über die Schuß- und Kettfädenkontaktpunkte eine Tandem-Schaltung ergibt und die Mittelelektroden beider Fadenarten an jeder Fadenkreuzung in Serie geschaltet sind. Dafür können die Kettfäden oder die SchuBfäden (oder auch beide) zusätzlich mit einer AuBenschicht aus intrinsischem <i~) Material versehen sein, über die der Tandemkontakt stattfinden kann. Auch kann an diesen Gewebe-Kreuzungspunkten eine Verschmelzung bzw. elektrisch leitende feste Verbindung der sich jeweils ankreuzenden Fäden gegeben sein.

In einfachster Form jedoch kann ein aus den neuerungsgemäßen Solarzellen bestehendes Gewebe in Schuß- und Kettrichtung aus gleich aufgebauten faden- bzw. drahtförmigen Solarzellen-Elementen aufge-baut sein, welche mit der Außenseite ihrer Halbleiterschicht-Umhüllung elektrisch mit einer <auf der lichtabgewandten Seite angeordneten) - vorzugsweise flächigen, auch folienartigen - Gegenelektrode

elektrisch verbunden sind. f

Bei einzelnen, lediglich nebeneinander angeordneten |

neuerungsgemäßen Solarzellen-Eleraenten kann die '\ Gegenelektrode auf der dem Lichteinfall abgewandten

Umfangs-Außenfläche in Form einer Metallisierung ,

vorgesehen sein, welche reflektrierend ähnlich einem Hohlspiegel wirkt.

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Auch die vorgenannten, vorzugsweise flächigen, Gegenelektroden können reflektierend ausgeführt sein. Die insbesondere im Querschnitt runde bzw. konvexe Form der Oberfläche eines Solarzellen-Elements gewährleistet einerseits einen auf den Sonnenstand stets senkrecht, d.h. reflexionsfrei ausgerichteten Oberflächenabschnitt als auch, andererseits eine Absorbtion des aufgenommenen Lichts durch Reflexion an den Grenzschichten der Innenbereiche des Solarzellen-Elements. Dafür lassen sich aber auch andere Querschnittsformen der Solarzellen-Elemente bilden, beispielsweise mit ovalem oder prismenförmigen Querschnitt. Die Verwendung kombinierter organischer und/oder anorganischer SolarzellenfT'Chichten vergrößert zudem die Auswahl von Stoffen mit hohem Un^ersc hied im Brechungsindex und damit eine verbesserte Nutzur-g der Totalreflexion einmal aufgenommenen Lichts.

Als Gegenelektrode kann zudem auch ein elektrisch leitender Faden oder Draht vorgesehen sein, um den ein faden- bzw. drahtförmlges Solarzellen-Element wendelförmig herumgewickelt ist.

Mehrere faden- bzw. drahtförmige Solarzellen-Elemente können auch (im Querschnitt gesehen) ringförmig bzw. als Bündel um eine dazu zentral angeordnete Gegenelektrode angeordnet sein, deren elektriscn leitende Oberfläche jeweils längs an den Außenseiten der Solarzellen-Elemente anliegt.

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Derertige zusammengesetzte Anordnungen von Solarzellen-Elementen können auch seilartig ineinander verdreht sein, wobei die Gegenelektrode ähnlich einer Kabelseele angeordnet ist.

In !besonders vorteilhafter Ausführungsform kann die äußere Gegenelektrode auch aus einem elektrisch leitendem Kunststoff bestehen, wofür sowohl leitfäh. ge Polymercompounds als folymere mit sog. intrinsischer elektrischer Leitfähigkeit verwendet werden können. Die leitfähigen Polymercompounds sind Kunststoffe mit eingearbeiteten leitfähigen Füllstoffen, wie z.B. Aluminiumpulver, Graphitpulver oder Ruß, und Stahlfasern. Als intrinsisch leitfähige Kunststoffe kommen mit geeigneten Elektronendonatoren (.z.B. Metallatome) bzw. Elektronen-Akzeptoren <z.B. Jod-Atomen) dotierte Kunststoffe, wie z.B. Poly-acetylen, Poly-pyrrol, Poly-paraphenylen, Poly-phenylen-sulfid, Prly-thiophen sowie polymere Metallkomplexe des •phthalocyanins, insbesondere auch Caextrudate des Aramid-Polymers Kevlar mit Phthalucyanin-Polymeren.

Zwecks verstärkter flächenartiger Nutzung können neuerungsgemäß auch mehrere Parallel-Lagen von Solarzellen-Elementen schichtartig übereinander angeordnet sein, und zwar vorzugsweise derart, daß die Mittelelektroden der übereinander befindlichen Schichten auf Lücke versetzt zueinander liegen. Dabei können die verschiedenen Lagen zwecks vollständiger Nutzung des Licht- Wellenspektrums sowohl aus unterschiedlichen

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Halbleitermaterialien bestehen, als auch verschiedene
Fadendurchmesser aufweisen.

Dazu kann als Gegenelektrode wieder eine auf der

1ichtabgewandten Seite angebrachte elektrisch leitende und gegebenenfalls reflektierende - Flache vorgesehen

Alternativ dazu können die einzelnen Mittelelektroden
entweder der übereinander liegenden Schichten als auch
der nebeneinander angeordneten Solarzellen-Elemente bei
entsprechender p-n- bzw. n-p-Beschic'&ldquor;\tung bzw. p-i-n
oder n-i-p Beschichtung auch wechselweise zueinander als Gegenelektrode in Tandem-Schaltung dienen.

Sowohl einzelne ais auch auf die vorgenannte Weise
kombinierte faden- bzw, drahtförmige Solarzellen-EJemente können andererseits zur Isolation gegeneinander bzw. als elektrischer Schutzüberzug mit einem Deck- oder Isolierharz versehen sein, welcher auch gegen oxidativen Abbau und Lichtalterung wirksam ist.

Mittels Polymerisation z.B. der Monomere Methylmethacrylat, n-Buthylmethacrylat oder Äthylsilikat durch Glimmentladung wird die photoaktive Schicht, gegebenenfalls
einschl. ihrer Gegenelektrode, neuerungsgemäß mit einer
festen, durchgehend polymerisieren und homogenen dieelektrischen Schicht von 0,01 bis 1 Mikrometer mit hohen Widerstand überzogen.

Dieser Schicht können neuerungsgemaß zur Erhöhung des Wirkungsgrades auch Fluoreszenzfarbstoffe beigefügt sein, die eine Wellenlängentransformierung in den Absorptiosbereich der photoaktiven Sperrschicht bewirken.

Für die Herstellung eines elektrisch isolierenden Schutzüberzugs kann jedes geeignete transparente und nichtleitende natürliche und künstliche Harz herangezogen werden. Als elektrisch isolierende Kunststoffe kommen erfindungsgemäß sowohl thermoplastische Polymere als auch härtbare Form- und Pressmassen in Frage, wie z.B. Polyäthylen und andere Polyolefine sowie Vinyl-Polymere und Copolymere, insbesondere jedoch die verschiedenen Methacrylate und halogenhaltigen Vinylpolymere, Polyäther, Polycarbonate, Polyestar, Polyacetate, Polyamide, Polyimide, Polyesterimide, Polysulfone, Polyurethane, Silikonharze, Zellulose-Derivate. Des weiteren die Phenoplaste, Aminoplaste, Alkyd-Harze, Polyesterharze, ungesättigte Polyester, Epoxid-Harze.

Die neuerungsgemäß angeordneten faden- bzw. drahtförmigen Solarzellen lassen sich auch in verschiedensten anderen Formen verwenden, so z.B. als Außenwand- und Innenwandauskleidungen (z.B. als strukturierte Tapeten) als Gardinen zur Ausnutzung von Fensterflächen und beispielsweise auch zur Hydrolyse von Wasserstoff mit vergrößerter aktiver Elektroden-Oberfläche wie z.B. in der bekannten Fujishima-Honda-

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Zelle (TiO* - evtl. Strontium dotiert - bzw. mit anderen anorganischen oder organischen Halbleitern überzogene Hittelelektroden) als Anode zur Wasserstoffhei— •teilung. Dabei erreicht man mit der neuerungsgemäßen Verwendung als Tandemzellen eine direkt für die Hydrolyse anwendbare Spannung. Für diese Verwendung • ignen siuh äucli die liSüerur.gcgeissBen vlies«r+-lgen Anordnungen.

Hehrere Ausführungsformen der Neuerung werden nachstehend anhand von Zeichnungen näher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 eine teilweise wegsjebrochene, perspektivische Darstellung einer Grund-Ausführungsform der neuerungsgemäßen Solarzellen-Anordnung,

Fig. 2 eine teils weggebrochene, perspektivische Darstellung eines neuerungsgemäßen einzelnen Solarzellen-Elements aus der Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Querschnitts-Darstellung einer neuerungsgemäß€!n Ausführungsform eines Solarzellen-Elements insbesondere nach Fig. 2,

Fig. 4 eine Querschnitts-Darstellung einer abgewandelten Ausführung eines neuerungsgemäßen Solai zellen-Elements z.B. nach Fig. 2,

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Fig. 5 eine teilweise weggebrochene perspektivische Darstellung einer abgewandelten AusfUhrungs form der neuerungsgeinäBen Solarzellen-Anordnung,

Fig. 6 eine teilweise weggebrochene Längsschnitt-Darstellung durch eine in Form «inns Gewebes abgewandelte Ausführungsform der Neuerung,

Fig. 7 eine teilweise weggebrochene perspektivische Darstellung einer weiteren Abwandlung der
Nehrung,

Fig. 8 eine Draufsicht auf eine teilweise weggebrochene, schematisehe Darstellung einer in Form eines Vlieses abgewandelten Ausführungsform
der Neuerung,

Fig. 9 einen Querschnitts-Abschnitt, einer flächigen Anordnung von abgewandelten Solarzellen-Elementen der neuerungsgemaßen Solarzellen-Anordnung gemäß Fig. I₁

Fig. 10 einen Querschnitts-Abschnitt einer Anordnung; einer anderen Ausführungsform von Solarzellen-Elementen der neuerungsgemäßen Solarzellen-Anordnung analog etwa gemäß Fig. 5,

Fig. 11 eine im Querschnitt wiedergegebene schematische Darstellung einer weiteren z.B. in Form eines Bündels oder eines Seils abgewandelten Ausführungsform der neuerungsgemäBen Solarzellen-Anordnung,

Fig. 12 eine schemtische - im Querschnitt wiedergegebene - Darstellung einer neuerungsgemäß tandem-mäßig bzw. in Serie geschalteter Solai— zellen-Anordnung mit abgewandelter Elektrodenanordnung,

Fig. 13 eine schematische - querschnittsmäßig wiedergegebene - Darstellung einer Lage von parallel zueinander angeordneten neuerungsgemäBen Solarzellen mit alternierend wechselndem Halbleiterschichtaufbau ,

Fig. 14 eine Abwandlung der Ausführungsform von Fig. 13,

Fig. 15 eine weitere Abwandlung der Ausführungsform von Fig. 13,

Fig. 16 eine doppellagige Ausführungsform der Feuerung mit geändertem Fadenquerschnitt,

Fig. 17 eine neuerungagemaße Grundform einer Anwendung einer neuerungsgemaßen Elektrodenanordnung,

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Fig. 1&bgr; eine zusätzlich abgewandelte Ausführungsform der neuerungsgemäßen Elektrodenanordnung, sowie

Fig. 19 einen Teilquerschnitt durch eine weiter abgewandelte Kombinations-Ausführungsform der !Teuerung.

Die aus Fig. 1 ersichtliche Solarzellen-Anordnung 1 besteht aus einer Anzahl parallel nebeneinander angeordneten faden- b-zw. drahtförmigen Solarzellen 2, die einander mit ihren Außenseiten 10 nicht berühren und jeweils um eine Mittelelektrode 3 eine photovoltaisch wirksame Schicht 6, z.B. aus einem Halbleitermaterial aufweisen, welche koaxial um die Mittelelektrode 3 aus verschiedenen Schichten, d.h. gemäß Fig. 3 z.B. (von der Kittelelektrode aus gerechnet) einer p-Halbleiterschicht 5, einer n-Halbleiterschicht 4, einer zwischen diesen beiden gebildeten Speri— bzw. Übergangsschicht 6 und gegebenenfalls einer die Außenseite 10 schützende Isolationsschicht 17, welche auch die auf der Außenseite 10 der Schicht 6 gegebenenfalls vorhandene Gegenelektrode 9 umschließen kann.

Die Herstellung der faden- bzw. drahtförmigen Solarzellen erfolgt insbesondere dahingehend kontinuierlich, daß die Mittelelektrode als praktisch unendlich langer Faden nacheinander jeweils notwendige Oberflachen-Reinigungs- und Beschichtungsstationen durchläuft. Dabei wird sie zunächst z.B. mittels

Glimmentladung gereinigt, dann durch Kathodenzerstäubung mit einer dünnen, elektrisch leitenden Schicht eines Haftvermittlers <z.B. Zink in einer dicke von 5mm) versehen, um einen guten elektrischen Kontakt der nachfolgend aufzubringenden lichtelektrisch wirksamen Schichten zu gewährleisten.

Die photoaktiven, d.h. photoelektrischen bzw. photovoltaischen Einzel- oder Doppelschichten 6; 4, 5 werden nacheinander in aufeinanderfolgenden Stationen als dünne, zusammenhängende, gleichmäßig dicke Schichten auf die faden- bzw. drahtförmige Mittelelektro<3.e 2 aufgetragen.

Zur Herstellung einer photoelektrischen Schicht aus niedermolekularen photoaktiven "erbindungen löst man diese vorteilhaft in organischen Lösungsmitteln <wie Benzol, Aceton, Methylenchlorid, Äthylenglykolmonoäthyläther usw.) oder in Gemischen von solchen Lösungsmitteln. Man fügt zweckmäßig noch geeignete Bindemittel (künstliche oder natürliche Harze) zu und Dotierungsmittel sowie gegebenenfalls Farbsensibilisatoren zu. Verwendet man die photoaktiven Verbindungen in Mischungen mit harzartigen Bindemitteln, so können die Mengenverhältnisse zwischen Harz und photoaktiver Substanz in weiten Grenzen schwanken. Gemische aus Teilen Harz und 1 Teil photoaktiver Substanz bis zu Gemischen, die 2 Teile photoaktiver Substanz auf 1 Teil Harz enthalten, sind vorzuziehen. Besonders günstig sind

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Gemische beider Substanzen im Gewichtsverhältnis von etwa 1 : 1.

Ist die photaktive Schicht selbst ein hochpolymerer Stoff, so erübrigt sich die Zugabe eines Bindemittels und man fügt der Lösung der polymeren photoelektrischen Substanz die gewünschten Dotierungsmittel und Farbsen- «ibilisatoren zu.

Die Aufbringung der Beschichtung kann z.B. durch
Eintauchen, Aufstreichen oder Auftragen mittels Walzen Oder Aufsprühen erfolgen. Verbleibende Lösungsmittel werden durch Erv/ärmung entfernt.

Darüberhinaus kann die Beschichtung der Solarzellen Auch im Siebdruck durch Aufdampfen bzw. Aufsprühen auf die Mittelelektrode oder im Ziehverfahren durch eine Düse, aufgebracht werden. In einem Zuge im Verlauf
dieses kontinuierlichen Verfahrens erfolgen auch die gegebenenfalls notwendigen Dotierungen der einzelnen Schichten an den jeweiligen Zwischenstufen der
Beschichtung, ebenso eventuelle Zwischenerwärmungen, wobei vorzugsweise auch eine induktive Beheizung d»är Jeweiligen Beschichtung und/oder über die metallische Mittelelektrode von innen her vorteilhaft sein kann. Analog ist über die metallische Mittelelektrode
wenigstens am Anfang des kontinuierlichen Verfahrens auch eine Widerstandsbeheizunfe, durch die fadenartige Elektrode selbst möglich.

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- 26 -

Für die Aufbringung der Gegenelektrode 9 auf die Außenseite 10 der photoaktiven Schicht 6 können verschiedene Verfahren zum Einsatz kommen., wie z.B. chemische und galvanische Metallisierungsverfahren, das Kaschieren mit Metallfolien, die Metallbedampfung, das Flammspritzen, die Kathodenzerstäubung, das Plasmaveiiahren und dis Verwendung von metallischen oder graphitgefüllten Anstrichstoffen.

Die im Querschnitt halbkreisförmige Gegenelektrode 9 gemäß Fig. 3kann beispielsweise mittels Aufsprühen durch eine Maske von einer Seite erfolgen, wobei die dem Sprühstrahl abgewandte Seite der fadenförmigen Solarzelle unbeschichtet bleibt. Auf diese Weise wirkt die halbkreisförmige, d.h. generell konkave Gegenelektrode 9, welche bevorzugt nach innen eine verspiegelte Oberfläche besitzt, als Hohspiegel innerhalb der Solarzelle.

Nach der Fertigstellung des Schichtaufbaus der fadenförmigen Solarzelle werden die Fäden auf eine gewünschte Länge geschnitten und durch Entfernen der Beschichtung ein kurzer Kontaktbereich 3a <Fig. 1 und 2) der Mittelelektrode 3 freigeigt, an dem die Solarzelle dann elektrisch angeschlossen wird.

Je nachdem wie dick die Ummantelung 6 mit photovoltaischen Schichten ist, kann die Mittelelektrode den Hauptanteil des Zellenquerschnitts einnehmen, d.h. also bei besonders dünner organischer Ummantelung 6,

wobei die Mittelelektrode 3 auch in voll metallischer Ausführung litzenartig dünn und damit flexibel bzw. biegsam sein kann.

Andererseits kann gemäß Fig. 4 das Verhältnis von Schichtdicke der Ummantelung 6 zum Durchmesser der Ki + t-elelfilctrode 3 auch zugunsten der Ummantelung 6 verschoben sein.

Wenn keine äußere Gegenelektrode notwendig ist, dann kann die Isolation 17 unmittelbar um die Außenseite der photovoltaischen Schicht 6 liegen.

Gemäß weiterer Ausführungsformen bedarf es dieser Isolation um die einzelnen Solarzellen aber auch überhaupt nicht.

In Fig. 5 sind mehrere Lagen von fadenförmigen, zueinander parallel angeordneter Solarzellen übereinander angeordnet. Zusätzlich zu den Parallel-Lagen 12, bei denen die einzelnen Solarzellen-Elemente 2 um eine Radiuslänge seitlich zueinander versetzt'sind, damit sie sich mit ihren Mittelelektroden 3 nicht mehr als nötig abschatten, sind Solarzellen 2' mit kleinerem Querschnitt vorgesehen, welche in den Lücken der Rundquerschnitte angeordnet sind. In der Ausführung gemäß Fig. können Solarzellen mit unterschiedlicher Lichtempfindlichkeit miteinander kombiniert sein. Vorzugsweise sind die Solarzellen mit der besseren Empfindlichkeit für kurze Wellenlängen unten angeordnet.

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DIe Solarzellen-Elemente 2 und 2' gemäß Fig. 5 berühren sich an ihrem Außenumfang eng bzw. dicht genug, um einen !störungsfreien Fluß der elektrischen Ladungen über ihre iußeren Schichten zu gewährleisten. Sie besitzen auch keine Außenisolation, sondern leiten die durch den Lichteinfall 11 erzeugten elektrischen Ladungen direkt *n eine flächenartige Metall- oder metallisierte bzw. elektrisch leitende Gegenelektrode 9 ab.

t>ie faden- bzw. drahtförmigen Solarzellen-Elemente 2 können gemäß Fig. 6 auch als Gewebeanordnung 13 mit Kett- und Schußfäden miteinander verbunden sein. Die einzelnen Solarzellen 2 dieser Gewebeanordnung können entweder an der Unterseite der Gewebeknoten mit einer Gegenelektrode 9 elektrisch verbunden sein, so daß die elektrischen Ladungen zwischen den Mittelelektroden 3 Und der flächigen Gegenelektrode 9 Cdie auch reflektierend ausgeführt sein kann) fließen.

Mittels Zusammendrücken oder temperaturmäßiger Behandlung oder einem elektrisch leitenden Klebemittel können die Außenseiten der Solarzellen an den Gewebe-Knotenpunkten eine Kontaktverstärkung 13a aufweisen.

Venn man die Kettfäden und die Schußfäden der Gewebe-Solarzellen- Anordnung gemäß Fig. 6 unterschiedlich, d.h. jeweils umgekehrt, in der Reihenfolge der Beschichtung mit den photoaktiven Schichten 4 und 5 aufbaut, dann können sie als Tandem-Zellen arbeiten <s. schematisch Fig. 12 bis 15), z.B. steht dann eine n-aktive

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Oberflächenschicht der Schußfaden an den Knotenpunkten Bit einer p-aktiven Oberfläche der Kettfaden In •lektrischem Übergangskontakt. In dieser Anordnung bedarf es der flächigen Gegenelektrode 9 nicht mehr, Sondern die elektrischen Ladungsträger werden (in Verdoppelter Spannung) von den Mittelelektroden 3 der Kettfaden und den Mittelelektroden 3 der Schußfäden Abgenommen. In dieser Ausführungsform läßt sich die fcolarzellen-Anordnung 1 auch als teilweise lichtdurchlässige Gardine ausführen.

In analoger Weise läßt sich auch eine Vlies-Anordnung gemäß Fig. 8 ermöglichen. Dabei sind die Mittelelektroden 3 direkt an Stromschienen 29 angeschlossen, Während die Solarzellen 2 mit ihren Außenseiten elektrisch mit einer flächigen Stromleiterbahn 24 als Gegenelektrode verbunden sind.

Gemäß den Fig. 7 und 11 ist die Gegenelektrode 9 als elektrisch leitender bzw. Metall- oder metallisierter Faden ausgebildet, welcher entweder wendelförmig um die Uffisjäntelung jeder Solarzelle 2 gewickelt 'sein Kann oder (Fig. 7) um den die Solarzelle 2 selbst wendelförmig gewickelt ist.

Fig. 11 zeigt seilförmig bzw. gebündelt um einen solchen Faden als Gegenelektrode 9 angeordnete fadenförmige Solarzellen 2, wobei einer Gegenelektrode 9 mehrere Mittelelektroden 3 elektrisch zugeordnet sind.

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- 30 -

Gemäß Fig. 9 und 10 können die einzelnen Solarzellen-Elemente 2 auch anderen als runden Querschnitt besitzen. Bei prismenförmigem Querschnitt <Fig. 9) kann die Ausbildung besonderer Prismenwinkel eine vorteilhafte Innen-Totalreflexion bewirken. Dabei kann auf der Lichteinfallsseite 11 eine konvexe Oberflächenausbildung 18 vorliegen.

Die elliptische Ausbildung der Solarzellen 2"' in Fig. 10 kann auch durch nachträgliches Verpressen parallellagenmäßig 12 zusammengelegter Solarzellen-Elemente 2 mit zunächst rundem Querschnitt erreicht werden.

Der vorstehend beschriebene Schichtaufbau der Ummantelung 6 in n- und p-SchicLten bzw. Halbleiter— schichten 4, 5 kann um die Kombination mit einer oder mehreren intrinsichen, vorzugsweise undotierten i-Schichten 7 ergänzt werden, wozu sich gerade der fadenförmige Aufbau der Solarzellen 2 besonders gut eignet.

Gemäß Fig. 13 sind mehrere Solarzellen 2 auf Abstand voneinander und parallel zueinander auf einem Träger angeordnet. Je zwei benachbarte Solarzellen 2 besitzen einen jeweils umgekehrten Schichtaufbau, sodaß jeweils zwei nebeneinanderliegende Mittelelektroden 3 die elektrischen Gegenpole bilden und an unterschiedliche Stromschienen 23 angeschlossen sind - entsprechend auch Fig. 12.

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Statt einer eventuellen Kontaktverstärkung 10a in Fig. 12 sind in Fig. 13 die fadenförmigen Solarzellen 2 in eine i-Schicht 7 eingebettet und über diese miteinander in Tandem-Schaltung verbunden.

In Fig. 14 ist auch innerhalb der Ummantelung 6, und zwar an der Stelle der Sperrschicht 6 eine solche i-Schicht 7 zur VergröBerung der Sperrschicht vorgesehen.

In Fig. 15 berühren sich die parallel nebeneinanderangeordneten Solarzellen 2 über eine zusätzliche Ummantelungs-i-Schicht 7.

Gemäß Fig. 16 liegt eine etwa Fig. 9 entsprechende Abwandlung einer lagenweisen Solarzellen-Anordnung 1 vor, und zwar unter Einfügung einer i-Schicht 7 welche gemäß Pfeil B auch bis an die lichtseitige Oberfläche der Anordnung ragt. In Fig. 16 sind die übereinanderliegenden Parallel-Lagen 12 unterschiedlich aufgebaut. Die Hittelelektroden 3 der oberen Parallel-Lage 12 sind mit einer n-Schicht 4 ummantelt, während die unteren Elektroden - als Gegenelektroden 9 - mit einer p-Schicht 5 ummantelt sind. Die Beschichtungen beider Elektroden können mit einer i-Schicht 7 miteinander elektrisch verbunden sein.

Die vorstehenden beispielsmäßig angegebenen Ausführungsformen zeigen die Vielfalt an Einsatzmöglichkeiten vonfaden- bzw. drahtförmigen Solarzellen auch in verschiedensten Elektrodenanordnungen auf.

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Die Fig. 17 und 18 zeigen weitere Ausführungsformen von Solarzellen-Anordnungen. 1, bei denen parallel nebeneinanderliegende Mittelelektroden 3 lediglich mit einer Halbleiterschicht - entweder einer Ummantelung als p-Schicht 5 oder als n-Schicht 4 - ummantelt sind. Zur Vervollständigung als Solarzelle 2 sind diese in eine Schicht des jeweils anderen Materials Cn— bzw. p— Matei-ial) eingebettet und mit einem elektrisch leitenden Träger als Gegenelektrode 9 verbunden. Als äußere Ummantelung um das Fadenelement kann auch noch eine i-Schlcht zwischen die p- und die &eegr;-Schicht eingefügt sein. Auch kann diese Solarzelle 2 auf ihrer Lichteinfallsseite konvex profiliert sein.

In Fig. 18 sine* nebeneinanderliegende Solarzellen-Elemente, welche sich umfangsmäßig nicht berühren, auf einer mit photovoltaisch wirksamem Material beschichteten Gegenelektrode 9 angeordnet. Die oberste p-Schicht 5 der Beschichtung der Gegenelektrode steht dabei Jeweils über eine i-Schicht <7)-Ummantelung auf einer n-Schicht 4 mit einer die Mirtelelektrode 3 umgebenden p-

Schicht 5 in Verbindung, sodaB zwischen der Gegenelektrode 9 und der jeweiligen Mittelelektrode 3 eine Tandem-Zelle gegeben ist. Dabei ist die Einfügung einer i-Schicht bzw. auch weiterer i-Schichten ausdrücklich rein alternativ.

Gemäß Fig. 19 können bei der Kombination faden- bzw. drahtförmiger Solarzellen 2 mit flächigen Solarzellen-Strukturen die Kontaktflächen zwischan den verschiedenen

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Zellenarten durch einseitige Abflachung oder Materialabtragung Kontaktflächen-VergröBerungen 25 geschaffen werden, am den Innenwiderstand der Solarzellen zu reduzieren. Alternativ können sich in Fig. 19 die einzelnen Solarzellen 2 auch seitlich eng evtl. ebenfalls abgeflacht berühren. Derartige Kontaktflächen-VergröSerungen gelten gegebenenfalls auch für sämtliche vorhergehenden Ausführungsformen.

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RALF M. KERN SIEGFRIED G. LANG ic PARTNER

BBZUGSZEICHEILISTE

1 Solarzellenanordnung

2 Faden- bzw. drahtförmige Solarzelle

Solarzellen-Element (2' kleiner Querschnitt) 1

(2¹' abgeflachter Querschnitt)

3 nitteleiekirade ; 3a Kontaktbereich )

4 Halbleiterschicht (&eegr;)

5 Halbleiterschicht (&rgr;)

6 Ummantelung = photovoltaische Schicht J

7 intrinsische, undotierte i-Schicht , &bgr; Sperr- bzw. Übergangschicht |

9 Gegenelektrode « 9a Gegenelektrode als Wendel

10 Außenseite der fadenförmigen Solarzelle
10a Kontaktstelle, Kontaktverstärkung

11 dem Lichteinfall zugewandte Seite der
fadenförmigen Solarzelle

12 Parallel-Lagenanordnung

13 Gewebeanordnung
13a Kontaktverstärkung

14 VIies-Anordnung

15 Endabschnitt

16 Verspiegelung

17 Isolation (transparente Kunststoffumhüllung) j 16 Kiiüvexform

20 Träger

22 Faden-Gegenelektrode

23 Stromschiene

24 (flächige) Stromleiterbahn

25 Kontaktflächen Vergrößerung

Claims

1. Solarzellenvorrichtung mit mehreren Solarzellen-Elementen,

welche eine photovoltaische Schicht rings um eine langgestreckte Elektrode herum aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß J ..des Solarzellen-Element C2> als ganzes für sich eine einzelne, gesonderte Spannungszelle mit einer Gegenelektrode (9 bildet.

2. Solarzellenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Gegenelektrode <9> eine elektrisch leitende Wendel <9a> auf dem Umfang <10> Jedes Solarzellen-Elements <2> vorgesehen ist.

3. Solarzellenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß «ehrere Solarzellen-Elemente (2) an ihrem Umfang <10) mit mindestens einer, in deren Längsrichtung angeordneten faden- bzw. drahtförmigen Gegenelektrode (9) in elektrisch leitendem Kontakt stehen.

4. Solarzellenvorriclitung nach. Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Solarzellen-Elemente <2> an Ihrem Umfang <10> mit einer flächigen Gegenelektrode <9> in elektrisch leitendem Kontakt stehen.

5. Solarzellenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch frekennzeichnet, daß die Solarzellen-Elemente <2> an ihrem Umfang <10> untereinander in elektrisch leitendem Kontakt stehen.

6. Solarzellenvorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß jedes Solarzellen-Element <2> auf seinem Umfang <10> an der dem Lichteinfall abgewandten Seite eine elektrisch leitende, vorzugsweise zu der dem Lichteinfall zugewandten Seite <11> reflektierende Schicht als Gegenelektrode <9j Fig. 3) aufweist.

7. Solarzellenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Jedes Solarzellen-Element (2) für sich als Gegenelektrode (9) mit einer mindestens teiltransparenten, elektrisch leitenden Kunststoffschicht umhüllt oder mehrere Solai— zellen-Elemente darin eingebettet sind.

&dgr;. SalärgellenvorrichtuTig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Solarzellen-Element (2) für sich mit einer elektrisch isolierenden, transparenten Kunststoffschicht (17; Fig. 4) umhüllt ist und mindestens Jeweils zwei elektrisch zusammengeschaltete Solarzellen-Elemente photovoltaisch einander entgegengesetzt beschichtet sind.

9. Solarzellenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Solarzellen-Elemente (2) In einer Ebene <12> parallel nebeneinander angeordnet sind, und zwar auf Abstand von einander bzw. ohne daß sie einander mit ihr'sn Außenseiten (10) d.h. an ihrem Umfang berühren (z.B. Fig. 1, 13, 14 oder 17 bis 19).

10. Solarzellenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Anspruchs,

dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Solarzellen-Elemente (2) in mehr als einer Lage (12) mit vorzugsweise seitlich zueinander versetzten Kittelelektroden (3> übereinander und in elektrischem Kontakt an ihrem Umfang (10), insbesondere auch mit unterschiedlichen Durchmessern und/oder voneinander verschiedener Lichtempfindlichkeit auf einer gemeinsamen zur Lichteinfallsseite hin vorzugsweise lichtreflektierenden Gegenelektrode <9> angeordnet sind.

11. Solarzellenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Solarzellen-Elemente (2) fadenförmig, vorzugsweise mit rundem oder elliptischem Querschnitt ausgebildet sind bzw. vorzugsweise zur Lichteinfallsseite eine konvexe Uberflsche aufweisen.

12. Solarzellenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzellen-Elemente (2) zu insbesondere im Querschnitt polygonen, vorzugsweise dreieckigen oder elliptisch abgeflachtem Querschnitt geformt sind.

13. Solarzellenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Solarzellen-Elemente <2> miteinander verwebt oder vliesartig verbunden sind, wobei als Gegenelektrode <9> vorzugsweise eine flächige, insbesondere folienartige Stromleiterbahn (24) auf der dem Licht abgewandten Seite (11) vorgesehen ist.

14. Salarzellenvorrichtung insbesondere nach einem der Vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß bei einer als Gewebe gebildeten Solarzellenanordnung die Schußfäden bildenden Solarzellen-Elemente <2> um die Kittelelektrode <3> herum entgegengesetzt angeordnete |>hotovoltaisch wirksame Schichten <4 bzw. 5) aufweist, Welche vorzugsweise an den Gewebekreuzungen in bevorzugt elektrisch leitendem Kontakt stehen, und daß die Mittel-•lektroden (3) der Schußfaden und die Mittelelektroden <3> der Kettfaden die Gegenpole der tandem-mäßig geschalteten Gewebefäden sind.

15. Solarzellenvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe teilweise lichtdurchlässig gewebt ist.

16. Solarzellenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die faden- bzw. drahtförraige Mittelelektrode <3> metallisch und/oder meatlllsiert und/oder aus Carbonfasern und/oder elektrisch leitendem Kunststoff besteht.

17. Salarzellenvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelelektrode <3> im Vergleich zur photovoltaischen ummantelung <6> die überwiegende Querschnittsfläche einnimmt.

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1&bgr;. Solarzellenvorrichtung insbesondere nach einem der Vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die photovoltalsche Schicht <6; 4, 5; V) aus flexiblem Organischem Material, insbesondere Kunststoff, besteht, beispielsweise aus Schichten verschiedener Kunststoffverbindungen.

t9. Solarzellenvorrichtung insbesondere nach einem der Verhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen photovoltaischen Schichten <6; 4, 5; 7) kombiniert aus photoaktiven organischen und anorganischen Substanzen kombiniert sind.

fcO. Solarzellenvorrichtung insbesondere nach einem der Vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß feie Farbsensibilisatoren aufweist.

£l. Solarzellenvorrichtung insbesondere nach einem d..r Vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß Aktivatoren zur Sensibilisierung photoaktiver Substanzen Vorgesehen sind.

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22. Solarzellenvorrichtung insbesondere nach einem der vohergehenden Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Solarzellen-Elemente <2> in eine Schicht aus intrinsisch-undotiertem Material <7; i-Schicht> eingebettet und jeweils zwei nebeneinanderliegende Solarzellen-Elemente (2> photovoltaisch entgegengesetzt zueinander ausgebildet

23. Solarzellenvorrichtung insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß bei den einzelnen Solarzellen-Elementen <2> zwischen zwei photoaktiven Schichten <p-n bzw. n-p) Jeweils eine intrinsische, undotierte i-Schicht <7> vorgesehen ist.

24. Solarzellenvorrichtung insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Mittelelektrade (3) mit dem einen photoaktiven Material <p,5 bzw. n,4) und die andere Mittelelektrode <3> mit den Jeweils anderen photoaktiven Material <n,4 bzw. p,5> beschichtet ist, und daß sich diese Beschichtungen an einer Grenzschicht (pn-übergang) berühren, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer i-Schicht <7> (z.B. Fig. 16>.

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25. Solarzellenvorrichtung insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelelektroden <3> jeweils nur mit dem einen photoaktiven Material <p,5 bzw. n,4> beschichtet und damit gemeinsam in eine Schicht aus dem jeweils anderen photoaktiven Material <n, 4 bzw. p,5> eingebettet sind, an der die Gegenelektrode <9> anliegt (z.B. Fig. 17).

26. Solarzellenvorrichtung insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß *

Jeweils mit umeinanderllegenden p- und &eegr;-Schichten <4, 5) beschichtete Mittelelektroden <3> als fadenförmige Solai— zellen-Elemente <2> in elektrischer Verbindung auf einer mit photovoltaischen Schichten beschichteten flächigen Gegenelektrode <9> angeordnet sind, und zwar derart, daß die p-Schicht (5) der Mittelelektrode <3> mit der &eegr;-Schicht <4> der Gegenelektrode (9) - oder umgekehrt - in Kontakt stehen.

27. Solarzellenvorrichtung insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, | dadurch gekennzeichnet, daß ;> deren Elektroden parallel nebeneinander oder auch i übereinander und im Winkel zueinander liegende faden- bzw. |

drahtförmige Mittel-elektroden <3> sind, welche über ihre .. umhüllenden photoaktiven Schichten <6> elektrisch |

miteinander verbunden sind. %

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28. Solarzellenvorrichtung insbesondere nach, einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß den parallel nebeneinander!legenden faden- bzw. drahtförmigen Mittelelektroden <3> eine auf dem dem Lichteinfall abgewandten Seite angeordnete flächige Gegenelektrode <9> gemeinsam zugeordnet ist, welche über mindestens den größten Teil der Längserstreckung der Solarzellen <2> mit der Außenseite <10> ihrer Halbleitermaterial-Umhüllung C6> elektrisch leitend verbunden ist.